소개하다
이전에는 탄광 전력망 고조파 관리 방면에서 일반적으로 병렬 패시브 필터 뱅크가 고정적인 방식으로 전기망을 보상했습니다. 리프트는 단시간 순환 작업 시스템의 부하이기 때문에 리프트 주기는 가속, 일정 속도, 감속, 정지 등 여러 가지 작동 상태로 나뉘며 각 단계마다 필요한 전력이 다릅니다. 또한, 많은 분산 장치의 작동 주기는 동일하지 않으며, 커패시터 뱅크는 일정한 무효 전력만을 출력 할 수 있으며, 이로 인해 때로는 무효 전력이 부족하거나 때로는 과도한 보상이 발생합니다. 능동 필터를 사용하면 각 장치의 부하 무효 전력의 변화에 따라 동적으로 보정할 수 있어 장치 작동과 전력망이 항상 최적의 상태로 유지됩니다.
소스 필터에는 고조파 감지, 구동 회로 및 주 회로의 세 부분이 포함됩니다. 소스 필터의 핵심은 고조파 전류의 감지 및 보상 제어입니다. 3 상 회로의 즉각적인 무효 전력 이론을 바탕으로 능동 필터 모델이 수립되고 MATLAB 시뮬레이션을 통해 석탄 광산 주 리프트 고조파 제어에서의 응용을 검증했습니다.
MATLAB 시뮬레이션 모델 구축
이 문서에서는 MATLAB 의 POWERLIB 도구 상자, DSP 도구 상자 및 SIMULINK 시뮬레이션 모듈을 사용하여 소스 필터의 각 부분에 대한 시뮬레이션 모델을 설정합니다.
능동 필터의 시뮬레이션 모델
소스 필터는 주로 고조파 전류 감지 회로, 구동 회로, 주 회로, 콘덴서 및 변압기의 다섯 부분으로 구성됩니다. 변압기의 설정은 주로 유효 전력 필터의 AC 측 전압을 조절하는 데 사용됩니다. 그 원리는 그림 1 과 같습니다. 고조파 소스 모듈은 주 리프트 룸의 실제 고조파 테스트 데이터를 기반으로 합니다.
그림 1 능동 필터 다이어그램
고조파 검출 회로의 시뮬레이션 모델
고조파 검출 회로는 그림 2 에 나와 있습니다.
그림 2 고조파 검출 회로 모델
이 방법에서는 A 상 그리드 전압 e A 와 동일한 사인 신호 sin(wt) 및 해당 코사인 신호 -cos(wt) 가 필요합니다. 이 신호는 단상 위상 고정 루프에서 가져옵니다.
APF 는 실시간 요구 사항이 높기 때문에 언제든지 고조파 전류의 변화를 추적할 수 있습니다. 저역 통과 필터는 전체 시스템의 실시간 성능을 결정하는 중요한 요소입니다. 따라서 LPF 를 선택할 때 동적 응답 속도 및 차단 주파수를 고려하고 저역 통과 필터가 AC 구성요소를 완전히 필터링할 수 있는 경우 저역 통과 필터의 순서는 가능한 한 낮고 차단 빈도는 가능한 한 높다는 원칙을 따라야 합니다. 이 글은 바트워스 LPF 를 선택했는데, 그 순서는 2 이고, 마감 주파수는 fc 가 20Hz 이다.
Ip 및 IQ 작동 방식을 기반으로 하는 고조파 감지 방법은 sin(wt) 과 cos(wt) 만 계산에 참여하고 전압의 고조파 컴포넌트는 계산에 포함되지 않으므로 그리드 전압이 왜곡되었는지 여부에 관계없이 이 방법을 통해 고조파 전류를 효과적으로 감지할 수 있습니다. 이것이 P 와 Q 연산에 기반한 파형 감지 방법보다 이 방법이 우수한 이유 중 하나입니다.
이 방법 회로는 간단하지만 하드웨어 정확도에 대한 요구 사항은 높습니다. 하드웨어 정밀도에 대한 요구 사항을 줄이고 시스템의 안정성과 제어 정확도를 높이기 위해 LPF 뒤에 PI 조절기를 추가할 수 있습니다.
구동 회로 시뮬레이션 모델
션트 소스 필터에 의해 생성 된 보상 전류는 명령 전류 신호의 변화에 따라 실시간으로 발생하므로 보상 전류 발생기가 양호한 실시간 성능을 가져야하므로 전류 제어는 추적 PWM 제어 방법을 사용합니다. 현재 PWM 제어를 추적하는 방법에는 순간 값 비교법과 삼각파 비교법의 두 가지 주요 방법이 있습니다. 이 기사에서는 삼각파 비교법을 사용합니다.
주 회로 시뮬레이션 모델
유효 전력 필터의 주 회로는 전압형 PWM 컨버터이며, DC 측 콘덴서는 1200F 이며, 용량이 작기 때문에 전력 장치는 전력 MOSFET 를 사용합니다.
시뮬레이션 결과 분석
그림 3 능동 필터가 로드되지 않은 경우의 전류 파형 및 고조파
그림 4 능동 필터가 로드된 후의 전류 파형 및 고조파
고조파를 억제하는 관건은 필터가 실시간으로 정확하고 신속하게 고조파를 감지할 수 있다는 것이다. 이 논문에서 제안 된 순간 무효 전력 이론에 기반한 고조파 전류 검출 방법은 위의 요구 사항을 잘 충족시킬 수있다. 시뮬레이션 파형 (그림 3 과 그림 4 참조) 에서 다음과 같은 특징을 가진 소스 필터를 확인할 수 있습니다.
(1) 결과 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이, 능동 필터는 주 리프트 룸 전원 공급 장치의 고조파를 크게 억제하여 전력망으로 유입되는 전류 파형을 크게 개선할 수 있으며, 전원 공급 전류의 왜곡률은 원래 29.68% 에서 3.3 1% 로 낮아져 보정과 고조파 억제의 목적을 달성할 수 있습니다.
(2) MOSFET 튜브를 이용한 능동 필터의 주 회로. MOSFET 튜브는 제어력이 뛰어나기 때문에 필터는 웨이브 형상의 변화에 빠르게 반응하여 소스 필터의 추적 성능이 우수하고 실시간으로 고조파를 필터링할 수 있습니다.
(3) 소스 필터의 전체 구조를 보면 소스 필터의 구조가 간단하다. 순간 무효 전력 이론에 따르면 고조파 감지 회로를 설계하거나 DSP 칩을 적용하여 전류 감지를 실현할 수 있습니다. 이렇게 하면 연산 속도도 빨라지고 필터 손실도 줄어들어 경제적으로 실현 가능합니다.
라벨
이 논문에서 설계 된 유효 전력 필터는 전력 전자 장치에 의해 생성 된 고조파를 효과적으로 억제 할 수있다. 패시브 필터보다 더 나은 보상 기능을 제공하며 일부 고조파 성분이 복잡하고 다양한 경우에 더 유리합니다. 실제로 MATLAB 시뮬레이션 소프트웨어는 전력 시스템 시뮬레이션 분야에 쉽게 적용할 수 있으며 전력 시스템 분석을 위한 유리한 도구임을 보여줍니다.